CN205898797U - 一种模拟列车动载下土体变形特性的测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种模拟列车动载下土体变形特性的测试装置，包括固结配套系统、液压动力加载系统、位移测试系统、TSDI动力固结试验系统等四个部分，所述的液压动力加载系统、位移测试系统分别与固结配套系统、TSDI动力固结试验系统相连，通过对以往传统一维静力固结仪的改造，使其可以施加轴向动力循环荷载，便于开展列车动载与侧限条件下土体轴向压缩变形量化分析。相比于以往利用动三轴仪、空心圆柱扭剪仪等传统岩土工程室内动力测试方法，本实用新型所公开的测试装置，结构简单、生产制造成本合理，测试方法操作快捷、结果数据稳定性好，为铁路地基动力长期沉降的准确计算与设计奠定了基础。

Description

一种模拟列车动载下土体变形特性的测试装置

技术领域

本实用新型涉及铁路岩土工程中的土工测试技术，尤其是涉及一种模拟列车动载下土体变形特性的测试装置。

背景技术

工程中的铁路地基在列车循环动载下的沉降计算多为拟静力法，就是将列车荷载经验性地等效为路堤自重荷载进行计算，并没有考虑高速列车长期循环荷载作用下地基的应力场以及动变形规律。由于土体在静力与动力下沉降变形机制的不同，拟静力法计算的沉降多小于实际沉降，计算结果是偏不安全的。

学术界在研究交通荷载作用下软土地基土体长期沉降变形动力计算模型时，主要分为理论与经验两种计算方法。理论计算方法从现代土力学的角度来建立合理的动力弹塑性本构模型，将其开发进数值计算方法中，进而得到循环动荷载作用下土体的塑性累积变形。但循环加载次数达到几十万次数量级时，离工程实用还有一定的距离，目前经验模型计算方法是学术界给工程界开的一剂良方，然而在具体的铁路工程中推广应用则还存在着太多阻碍。工程实际中，一段铁路勘查钻探取出的土样，做的室内试验多为压缩、固结、直剪等常规试验，普通静力三轴试验做的较少，得出动力经验模型的动三轴仪和空心圆柱扭剪仪则更少。

综上分析，一方面工程界的这个拟静力计算沉降方法亟待改进，另一方面学术界开的良方又难以工程推广应用，在这两难的困境中，就需要寻找新的突破与出路——一种模拟列车动载下土体变形特性的测试装置便应运而生。在本实用新型专利之前，中国专利ZL 201110100459.5、ZL 200910061644.0、ZL 201010260128.3先后公开了模拟土体动力固结变形特性的试验装置与方法。前者按照实际工程要求的相似系数设计击实箱，击实架与重锤，通过预埋微型土压力计、孔隙水压力计、含水量探头与吸力探头，可以再现现场施工工程中的土水压力与土水特征曲线变化特性，研究土体击实后的物理力学机理与孔隙水压力变化特性，该装置开展的是大型模型试验，研究的是单向单次冲击荷载后土体的固结系数与压实度等指标，不能够用来开展长期循环荷载作用下土体的沉降变形研究。后面两项专利技术仍然属于模型试验范畴，其试验功能较多，导致结构设计复杂，操作流程繁琐，也不宜开展大规模的并行试验，在用于研究循环动载下土体变形机理方面还存在着天然的局限性。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供了一种模拟列车动载下土体变形特性的测试装置，通过对以往传统一维静力固结仪的改造，使其可以施加轴向动力循环荷载，开展列车荷载与侧限条件下土体轴向压缩变形量化分析，并通过多组试样同时试验来满足大规模工程实践的需求。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种模拟列车动载下土体变形特性的测试装置，包括固结配套系统、液压动力加载系统、位移测试系统、TSDI动力固结试验系统，液压动力加载系统、位移测试系统分别与固结配套系统、TSDI动力固结试验系统相连；所述液压动力加载系统包括动力控制器、压力活塞腔、输水管、活动顶板，动力控制器通过输水管与压力活塞腔相连，通过压力活塞腔体积的变化来推动活动顶板，并借助支撑架的反力来进一步对土样施加列车循环动力荷载；所述TSDI动力固结试验系统用于实时自定义控制液压动力加载系统的荷载输出波形、幅值、频率，并通过预先编制的计算显示程序，自动给出动力试验加载中变形的相关曲线与参数。

所述的固结配套系统包括固结容器、环刀、护环、透水石、加压盖板、底座，所述的固结容器底部的上下两面分别设有与护环和活动顶板尺寸相匹配的凹槽；所述的固结容器位于活动顶板的正上方，其内部放置护环，护环内依次放置底部透水石、带环刀的土样顶部透水石、加压盖板。

所述的位移测试系统包括位移传感器、数据采集仪、活动支架，位移传感器与数据采集仪相连，位移传感器位于活动支架上，活动支架用来调整与固定位移传感器的空间位置，数据采集仪实时采集加载过程中土样的压缩变形量，并将其传送到TSDI动力固结试验系统中。

根据以上技术方案，本实用新型可实现的有益效果是：

通过对以往传统一维静力固结仪的改造，使其可以施加轴向动力循环荷载，便于开展列车荷载与侧限条件下土体轴向压缩变形量化分析，并通过多组试样同时试验来满足大规模工程实践的需求，相比于以往动三轴仪、空心圆柱扭剪仪等传统岩土工程室内动力测方法，本实用新型公开的上述方法及其装置，结构简单、生产制造成本合理、试验方法操作快捷、结果数据稳定性好，为铁路地基动力长期沉降的准确计算与设计奠定了基础。

附图说明

图1为本实用新型的一种模拟列车动荷下土体变形特性的测试装置的结构示意图；

图2为本实用新型的一种模拟列车动荷下土体变形特性的测试装置的原理框图。

图中标记说明：

1、TSDI动力固结试验系统 2、数据采集仪

3、动力控制器 4、位移传感器

5、压力活塞腔 6、输水管

7、固结容器 8、环刀

9、透水石 10、加压盖板

11、底座 12、活动支架

13、活动顶板 14、支撑架

15、护环

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步说明。

如图1和图2所示，一种模拟列车动载下土体变形特性的测试装置，包括固结配套系统、液压动力加载系统、位移测试系统、TSDI动力固结试验系统，液压动力加载系统、位移测试系统分别与固结配套系统、TSDI动力固结试验系统1相连。所述液压动力加载系统包括动力控制器3、压力活塞腔5、输水管6、活动顶板13，动力控制器3通过输水管6与压力活塞腔5相连，通过压力活塞腔5体积的变化来推动活动顶板13，并借助支撑架14的反力来进一步对土样施加列车循环动力荷载，所述TSDI动力固结试验系统1用于实时自定义控制液压动力加载系统的荷载输出波形、幅值、频率，并通过预先编制的计算显示程序，自动给出动力试验加载中变形的相关曲线与参数。

所述的固结配套系统包括固结容器7、环刀8、护环15、透水石9、加压盖板10、底座11，所述的固结容器7底部的上下两面分别设有与护环15和活动顶板13尺寸相匹配的凹槽，所述的固结容器7位于活动顶板13的正上方，其内部放置护环15，护环15内依次放置底部透水石9、带环刀8的土样、顶部透水石9、加压盖板10。

所述的位移测试系统由位移传感器4、数据采集仪2、活动支架12等组成，位移传感器4与数据采集仪12相连，位移传感器4位于活动支架12上，活动支架12用来调整与固定位移传感器4的空间位置，数据采集仪2可以实时采集加载过程中土样的压缩变形量，并将其传送到TSDI动力固结试验系统1中。

Claims (3)

1.一种模拟列车动载下土体变形特性的测试装置，其特征在于，包括固结配套系统、液压动力加载系统、位移测试系统、TSDI动力固结试验系统，液压动力加载系统、位移测试系统分别与固结配套系统、TSDI动力固结试验系统相连；所述液压动力加载系统包括动力控制器、压力活塞腔、输水管、活动顶板，动力控制器通过输水管与压力活塞腔相连，通过压力活塞腔体积的变化来推动活动顶板，并借助支撑架的反力来进一步对土样施加列车循环动力荷载；所述TSDI动力固结试验系统用于实时自定义控制液压动力加载系统的荷载输出波形、幅值、频率，并通过预先编制的计算显示程序，自动给出动力试验加载中变形的相关曲线与参数。

2.根据权利要求1所述的一种模拟列车动载下土体变形特性的测试装置，其特征在于，所述的固结配套系统包括固结容器、环刀、护环、透水石、加压盖板、底座，所述的固结容器底部的上下两面分别设有与护环和活动顶板尺寸相匹配的凹槽；所述的固结容器位于活动顶板的正上方，其内部放置护环，护环内依次放置底部透水石、带环刀的土样顶部透水石、加压盖板。

3.根据权利要求1所述的一种模拟列车动载下土体变形特性的测试装置，其特征在于，所述的位移测试系统包括位移传感器、数据采集仪、活动支架，位移传感器与数据采集仪相连，位移传感器位于活动支架上，活动支架用来调整与固定位移传感器的空间位置，数据采集仪实时采集加载过程中土样的压缩变形量，并将其传送到TSDI动力固结试验系统中。